科技项目(课题)申报书new

科技项目 课题 申报书科技项目 课题 申报书 计 划 类 属 项目 课题 名称 大规格陶瓷产品干燥过程传热传质研究 申 报 单 位 景德镇陶瓷学院 盖章 邮 政 编 码 333001 电 话 号 码 07988499360 通 讯 地 址 景 德 镇 东 郊 新 厂 江西省科学技术厅 二 00 八年四月二十五日 说说 明明 一 填写本科技项目 课题 申报书时请用钢笔 字迹端正 不得潦 草 凡填写马虎 内容难以辨认的将不予受理 二 计划类属分为 省级重点科技项目 省二级科技项目 市级科技 项目 星火计划 火炬计划 市级成果推广计划 由省 市 科委有关项 目管理人员填写 三 技术指标中 阶段目标 最终目标系指项目 课题 实施中要达 到或取得的中间成果 最终成果等 1 一 国内外与本项目有关的科学技术现状和发展趋势 包括计算机检索情况 陶瓷的干燥是陶瓷的生产工艺中非常重要的工序之一 陶瓷产品的质量缺陷有 很大部分是因干燥不当而引起的 干燥虽然是一个技术相对简单 应用却十分广泛 的工业过程 不但关系着陶瓷的产品质量及成品率 而且影响陶瓷企业的整体能耗 据统计 干燥过程中的能耗占工业总燃料消耗的15 而在陶瓷行业中 用于干燥 的能耗占燃料总消耗的比例远不止此数 达到20 左右 故干燥过程的节能是关系 到企业节能的大事 陶瓷的干燥速度快 节能 优质 无污染等是新世纪对干燥技 术的基本要求 就陶瓷行业的整个生产过程而言 粉 釉料制备 成型 干燥 烧成都是重要 环节 哪一环出了问题 都不可能生产出优质产品 而大型压机 节能宽断面长体 窑和各项新技术的相继采用 不但提高了产品的产量 质量 而且大幅度降低了产 品的制作成本 但干燥问题一直未受到应有的重视 这是因为过去人们一直认为提 高产品的质量 产量及降低成本 主要在于产品的成型 施釉和烧成方面 因此 大家把主要的精力都放在提高机械化成型 自动喷釉和高效速烧窑等技术方面 而 把坯体的干燥视为无关紧要的一道工序 但随着成型 烧成技术及装备的改进 其 干燥问题 干燥质量和能耗 变得越来越突出 并且大规格陶瓷产品的面世对干燥提 出了更为严格的要求 自我国改革开放以来 我国陶瓷工业得到迅猛发展 通过引进国外先进技术与 设备到国内消化吸收 现代化的陶瓷工厂遍布全国几大瓷区 目前的建筑行业 产 品日新月异 不仅花色品种琳琅满目 而且规格齐全 仅建筑瓷砖来说 从原来的 300 300做到了800 800 现在已生产出1600 1600的大规格瓷砖 墙地砖的坯体 从压砖机出来后一般都是利用烧成窑炉的余热来进行干燥 但随着产品的规格尺寸 越来越大 靠烧成窑炉的余热已经不能满足干燥的要求 而且随着产品的高档化 色彩多样化 对窑内气氛的控制要求也越来越精确和严格 用余热干燥坯体 干燥 段的调整会引起窑内气氛的变化 甚至增加窑炉烧成燃料的消耗 并且由于大规格 瓷质砖厚度大 面积大 在相同的干燥条件下 坯体内部的湿度差和温度差就大 这样在制品内部产生的应力也就比较大 制品很容易出现干燥缺陷 产生原料和能 源不必要的损失 因此 我们有必要研究大规格砖的干燥过程 掌握其内在规律 确定减少干燥缺陷的手段和方法 节约能源 有效地促进陶瓷行业的发展 满足人 民的需求 对于日用陶瓷来说 不仅规格上发生了比较明显的变化 而且出现了许多新的 品种 新的造型 对于新规格 新品种的陶瓷产品 原有的干燥制度 干燥设备往 往不能保证其干燥质量 为了降低干燥废品率和干燥能耗 有必要研究新的干燥技 术与新型干燥设备 2 陶瓷坯体的含水率一般为 5 25 坯体与水分的结合形式 物料在干燥过 程中的变化以及影响干燥速率的因素是分析和改进干燥器的理论依据 而干燥过程 是一种典型的非稳态不可逆过程 其过程既随时间变化又具有不可逆转的特性 1 干燥过程有多相多组分参与 故一般要涉及相间与相变传热传质 影响因素众多 关系复杂 2 干燥过程中传热传质耦合 3 干燥过程与物料性质 含湿组分和状 态关系密切 以热空气的干燥为例 陶瓷坯体的干燥介质热空气的性质是影响干燥 的外在因素 空气的性能决定于空气状态 而描述空气状态的三大因素就是湿度 温度和流速 一般来说 温度提高 湿度下降 风速提高 介质的干燥强度增大 即介质带走水分的能力增大 干燥时间可相应缩短 但也同时增加产生缺陷的可能 性 因此我们有必要建立干燥传热传质耦合模型 模拟干燥过程 探讨干燥条件对 干燥时间和产品质量的影响 建立合适的干燥制度 提出改造旧有干燥设备的有效 意见 以指导实际生产 并且 在干燥速度逐步由 慢速 向 快速 发展的今天 干燥介质和热源从原来的热气流 烟气 热气 干燥逐步向多能源 例如红外线 微波 发展 我们有必要研究其它热干燥方法 如红外干燥 微波干燥 的可行性 及它们在实际上应用的前提条件及发展前景 陶瓷坯体是一种非饱和含湿多孔介质 其干燥过程中内部热质传递过程是一种 非常复杂的现象 热量既可以通过固体骨架的导热 又可借助流体的导热和对流传 递 质量的传递则表现在孔隙中流体的流动 且常伴有相变 并且它的孔隙结构极 为复杂 很难对微孔中的流体流动和能量运输进行详细的描述 因此为了深入了解 坯体在干燥过程中热质传递的特征 必须建立一种符合客观现象的模型理论 许多 学者根据实验结果或理论分析分别提出了各自的热质传递模型 代表性的有 Lewis Sherwood Newman 应用 Fick 定律研究了干燥的运动特性 获得了一些比 较满意的结果 1937 年 Ceaglske 等通过实验指出应用毛细流动理论才能正确地预测 介质中含湿场的分布 Philip 等指出液体岛 liquid island 上的蒸发 冷凝会强化蒸 汽的流动 事实上 湿分的传递应包括液体的毛细流动 液体岛上的蒸发 冷凝 以及蒸汽的扩散 Philip Luikov Kricher Harmathy 和 Huang 均各自建立热质传 递的理论模型 这些模型或者将不同的传递机理分别考虑 或者通过集总系数加以 综合考虑 但这些模型均不能完善地反映多孔介质内部的热质传递规律 与此同时 Bear Whitaker 和 Slattery 等利用连续介质的概念 致力于建立一套体积平均准则 试图将多相的多孔介质转化成较粗水平上的连续介质 70 年代后期 Whitaker 和 Cheng 综合了他们的研究成果 推导了一组非饱和多孔介质中流体流动和能量守恒 的体积平均方程 这组方程的数学推导比较严格 物理意义明确 较好地描述了多 孔介质中流体流动和能量输运的规律 现在国外多孔介质的模型理论逐渐成熟 但 3 在国内还处在初级阶段 并且由于陶瓷坯体是比较复杂的多孔介质 孔径小 且多 不联通 因此用多孔介质的模型理论来研究陶瓷坯体的干燥过程还不多见 在传统能源日益枯竭 而新能源发展缓慢的今天 本课题结合大规格陶瓷坯体 干燥的特点 应用多孔介质的模型理论 从理论与实践上去研究陶瓷产品的干燥过 程 探讨影响干燥质量和能耗的因素 进而提出行之有效的干燥制度和对干燥设备 提出改进指导意见 从而达到提高陶瓷产品的干燥质量和节约能源的目的 本项研 究的成功对陶瓷行业的持续发展有重大影响和贡献 主要的参考文献 1 李友荣 曾丹苓 吴双应 多孔介质对流干燥外部传热传质的非平衡热力学理 论 工程热物理学报 2001 22 1 5 8 2 施明恒 王馨 快速干燥过程中多孔介质内部湿分迁移机理的研究 工程热物 理学报 2000 21 2 216 219 3 Xiao B C Study on Heat and Mass Transfer Characteristics in Unsaturated Porous Media in Chinese Ph D Dissertation Shanghai Jiaotong University 1991 4 杨世铭 肖宝成 杨强生 多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型 上海 交通大学学报 1992 26 6 52 61 5 LUIKOV AV Systems of differential equation of heat and mass transfer in capillary porous bodies review J Int J Heat Mass Transfer 1975 18 1 14 6 LEWIS W K The rate of drying solid materials J IEC 1921 13 427 432 7 朱庆霞 胡国林 蒋鉴华 瓷质砖坯体的导热系数及其影响因素 中国陶瓷工 业 2001 8 4 16 18 8 朱庆霞 胡国林 多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型的推导及其应用 陶瓷学报 2002 23 3 163 168 9 胡国林 朱庆霞 瓷质砖湿坯对流干燥过程的传热传质研究 硅酸盐学报 2002 30 5 597 601 10 朱庆霞 胡国林 蒋方乐 潘小勇 大面积瓷质砖坯体干燥过程的二维传热传 质研究 陶瓷学报 2004 25 2 120 123 11 Sherwood TK Application of Theoretical Diffusion Equations to the Drying of Solid Trans AIChE 1931 27 190 202 12 Newman AB The Drying of Porous Solids Trans AIChE 1931 27 203 220 310 333 13 Huang CLD Multi phase Moisture Transfer in Porous Media Subjected to 4 Temperature Gradient Int J HMT 1979 22 1295 1307 14 Whitaker S Simulataneous Heat Mass and Momentum Transfer in Porous Media A Theory of Drying Adv Heat Transfer 1977 13 119 203 15 Whitaker S Heat Mass and mass Transfer in Granular Porous Media Adv Drying 1980 1 23 61 16 Cheng P Heat Transfer in Geothermal Systems Adv Heat Transfer 1978 14 1 105 二 研究内容 方法和技术路线 包括工艺流程 5 研究内容研究内容 1 对于大规格陶瓷坯体这种非饱和含湿多孔介质 建立多孔介质内部热质传递的等 效耦合扩散模型 研究干燥介质的温度 湿度 流速和流量等因素对干燥过程的影 响 2 根据模拟结果 建立合适的干燥制度 提出改造旧有干燥设备的有效意见以减少 干燥缺陷 提出干燥过程的节能措施以提高能源利用率 3 研究其它热干燥方法 如红外干燥 微波干燥 的可行性 并探讨其与传统热风 干燥相结合的综合干燥法在实际中应用的前提条件及发展前景 研究方法和技术路线 研究方法和技术路线 主要是在深入掌握坯体在干燥过程中热质传递特征的基础上 建立符合客观现 象的多孔介质内部热质传递的等效耦合扩散模型 以大规格建筑陶瓷坯体的干燥过 程为例 研究热风干燥中干燥介质的温度 湿度 流速和流量等因素对干燥过程的 影响 改进传统的干燥制度和相应的干燥设备 以减少陶瓷制品 特别是大规格建 筑卫生陶瓷的干燥缺陷 提出干燥过程的节能措施 并研究新型干燥方法的可行性 应用前景及相配套的干燥设备 技术路线 拟解决的技术关键 拟解决的技术关键 1 对于陶瓷坯体这种非饱和含湿多孔介质而言 其内部热质传递过程是一种非常复 杂的现象 传热过程和传质过程相互耦合 并且它的孔隙结构极为复杂 很难对微 孔中的流体流动和能量运输进行详细的描述 因此 建立一种符合客观现象的模型 理论是本课题的技术关键之一 2 在进行计算机模拟研究时 需要符合实际的物性参数与工况参数 而这些参数由 实验测定样品的物性参数 如密度 比热 导热系数 测取工况数据 获得所需原始资 料 根据传热传质理论 建立理论模型 改进传统的干燥设 备 提出干燥过程 的节能措施 研究新型干燥方法 的应用前景 对实际生产提出可 行性改进意见 制 定合适的干燥制度 整理资料 提交 文件 准备鉴定 提出新型设备的 设计构想 6 于实验设备的限制或者由于正常生产的干燥器不允许随便改变工况而难以获得 须 研究可行的实验方法与测试方法 3 实际干燥过程影响因素较多 在进行计算机模拟时 要做到与实际相符 就必须 研究简单可行的算法 这也是本课题的技术关键之一 三 项目 课题 主要技术经济指标 社会效益 7 一 技术指标 1 阶段目标 阶段目标按年月写 2008 10 2008 12 进行调研和资料收集 并采集实验样品 2009 1 2009 3 对实验样品的物性参数进行测量 并到工厂测取必要的工况数据 2009 4 2009 5 建立符合客观现象的模型 验证模型的正确性 发表研究论文 1 篇 2009 6 2009 10 利用此模型进行计算机模拟 探讨干燥条件对干燥质量和能耗的影 响 提出对旧有干燥制度和干燥设备的改进意见 提出新型干燥方 法及干燥设备的可行性方案及设计意见 发表研究论文 1 篇 2009 11 2009 12 整理资料 提交文件 准备鉴定 2 最终目标 提供一套计算软件 用于确定大规格陶瓷产品在干燥过程中坯体内部温度 湿 度 压强的变化规律 确定干燥条件对干燥过程的影响 据此改进传统的干燥制度 提出改造旧有干燥设备的有效意见 研究其它热干燥方法 如红外干燥 微波干燥 的可行性及它们实际应用的前提条件及发展前景 以改变干燥方法及干燥设备的落 后状况 并在核心期刊发表论文 2 篇以上 二 经济指标 在陶瓷行业中 用于干燥的能耗占燃料总消耗的 15 以上 并且干燥问题一直 未受到应有的重视 从而建筑瓷砖的生产 尤其是大规格瓷砖 的质量与成本都受 其限制 本课题通过对大规格陶瓷砖干燥过程的计算机模拟 研究干燥条件对干燥 过程的影响 确定合适的干燥制度 干燥设备和干燥方法 提出有效的节能措施 从而解决陶瓷工业的干燥问题 保证干燥质量 减少干燥废品率 达到节约能源的目 的 三 社会效益 随着国民经济的发展 能源的消耗将与日俱增 节约能源已成为人们普遍关注 的话题 在陶瓷行业中 随着成型 烧成技术及装备的改进 其干燥问题 干燥质量 和能耗 变得越来越突出 为此 我们有必要改造原有的干燥制度和干燥设备 研究 新型的干燥方法 提高干燥质量 降低干燥能耗 促进干燥领域的变革 带动整个 陶瓷行业的蓬勃发展 国外多孔介质的模型理论逐渐成熟 但在国内还处在初级阶段 并且由于陶瓷坯体是比较复杂的多孔介质 孔径小 且多不联通 因此用多孔介质的 模型理论来研究陶瓷坯体的干燥过程还不多见 本课题能打破此项研究的空白 其 计算软件还能应用到其他相关领域 对陶瓷行业的持续发展有重大影响和贡献 8 四 项目 课题 计划进度 按年月详细填写 起 止 年 月计 划 要 求 2008 10 2008 12 2009 1 2009 3 2009 4 2009 5 2009 6 2009 10 2009 11 2009 12 进行调研和资料收集 并收集实验样品 对实验样品的物性参数进行测量 并到工厂测取必要的工况 数据 取得建立符合客观现象的模型 验证模型的正确性 利用此模型进行计算机模拟 探讨干燥条件对干燥质量和能 耗的影响 提出对旧有干燥制度和干燥设备的改进意见 提 出新型干燥方法及干燥设备的可行性方案及设计意见 整理资料 提交文件 准备鉴定 五 现有人才 技术 物质基础条件 包括本课题做过哪些工作 现有仪器设备 水电 燃料 材料 环保等条件 本课题组是具有合理结构的科研团队 建成了研究条件较齐备的实验室 课题组 成员都在各自相关的领域内有杰出表现 技术全面 从事热能工程方面研究的经验 丰富 本课题组热工设备齐全 能够方便地进行各类热工实验 有利于本课题的开 展 目前已开展了前期研究 收集了国内外这方面的资料 对坯体干燥过程热质耦 合有了一定程度的了解 并且本课题组朱庆霞同志已进行这方面的初步探索性研究 并取得了一系列的进展 并在 硅酸盐学报 中国陶瓷工业 陶瓷学报 发表 了相关论文若干 现主要仪器设备有平板导热仪 热风干燥仪 干燥箱 实验梭式窑 电脑 高 温导热系数测量仪以及温度 流速测定装置 这些仪器能够有效地帮助我们进行物 性参数的测定和前期小试 从而保证模型的正确性 水电 燃料供应充足 完全能 够满足实验开展的需要 我们与景德镇一些陶瓷厂一直以来有着良好的合作关系 实验用的大规格陶瓷坯体来源也很丰富 可在其干燥器中获得必要的工况数据并可 进行中试 依托国家日用及建筑陶瓷工程技术研究中心分析测试中心成立的江西省 陶瓷检测中心拥有一大批先进的材料性能测试仪器与设备 学院图书馆可提供多种 中外文献数据库的文献检索 包括 springer WorldSciNet EBSCOhost 等外文数据 库和中国期刊全文数据 万方数据库等 为本课题的顺利开展与完成提供了良好的 条件 因此 本课题组完全